Como a impressão 3D está interrompendo os principais processos de manufatura

Como a impressão 3D está interrompendo os principais processos de manufatura
Allen and Betty Harper
A Equipe De Autores
Allen and Betty Harper
Família Com As Mãos De Ouro
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Aclamada por alguns observadores como “uma revolução industrial para a era digital”, a rápida fabricação tem mudado a cara da indústria de manufatura há algum tempo. Muitos acreditam que a tecnologia de impressão 3D está democratizando o design e a fabricação, tornando-a mais acessível e menos dependente de economias de escala. Os métodos tradicionais de fabricação geralmente vêm com custos de ferramental proibitivos, o que significa que as empresas e os indivíduos de menor porte costumam sair do mercado quando se trata de desenvolvimento de produtos. A impressão 3D tem sido aclamada como um trocador de jogos e permitiu que as empresas fizessem avanços de fabricação antes impensáveis.

Aqui na Freshome estamos intrigados com o processo de impressão 3D e queríamos saber mais sobre essa tecnologia revolucionária que está revolucionando a indústria de manufatura. Por sorte, um especialista na área estava à disposição para responder algumas de nossas perguntas. Dr. Phil Reeves é o Diretor Administrativo e Consultor de Princípios da Econolyst Ltd, firma de consultoria e pesquisa de impressão 3D com sede em Reino Unido, trabalhando com uma ampla gama de clientes na Europa, América do Norte, Oriente Médio, Extremo Oriente e África. O Dr. Reeves aconselha vendedores de sistemas de manufatura aditiva sobre estratégia futura de negócios e tecnologia e usuários de tecnologia sobre os benefícios de negócios da adoção de AM.

O que exatamente é a impressão 3D?

Impressão 3D é um termo usado para descrever uma gama de tecnologias emergentes que produzem produtos tangíveis a partir de dados de computador tridimensionais. A tecnologia é muitas vezes referida na indústria como "Manufatura Aditiva", já que a abordagem funciona unindo camadas bidimensionais de material, camada por camada, até que a peça 3D esteja completa.

A impressão 3D já existe há mais de 20 anos, que progressos foram feitos nesse tempo?

As primeiras máquinas de impressão 3D eram usadas apenas para fazer modelos de prototipagem rápida (RP) usados ​​durante o desenvolvimento do produto. Esses primeiros modelos de RP tinham força muito limitada e, muitas vezes, deformavam ou degradavam dentro de semanas ou mesmo dias de fabricação. Mas, como eles só estavam sendo usados ​​para avaliar a forma ou o formato de um produto, isso era aceitável na época.

À medida que a tecnologia amadureceu, a gama de materiais disponíveis para nós aumentou e, com isso, surgiram melhorias nas propriedades mecânicas e na longevidade. Agora podemos produzir peças em metais como titânio ou ouro, polímeros como ABS, Nylon e policarbonato ou cerâmicas como alumínio ou zircônio.

Em paralelo, as tecnologias tornaram-se maiores e mais rápidas, tornando-as mais produtivas e mais econômicas em termos de volume de produção. É o acoplamento no aumento da produtividade com maior adequação do material que está impulsionando a tecnologia em aplicações de produção de fluxo principal em áreas como implantes ortopédicos, tampas dentárias e coroas, aparelhos auditivos, capas de telefones celulares, tampas de membros protéticos e produtos para interiores domésticos.

Como a tecnologia de impressão 3D está sendo usada na indústria de interiores?

Curiosamente, os interiores de casas foram uma das primeiras aplicações em que a impressão 3D foi realmente usada para fabricar produtos, em vez de simplesmente protótipos. Por volta da virada do milênio, alguns jovens designers criativos que haviam sido expostos a tecnologias de RP na Universidade começaram a estabelecer negócios que vendiam produtos de interior impressos em 3D, de acessórios para lâmpadas e fruteiras a móveis e arte.

Provavelmente o mais influente foi Janne Kyttanen na liberdade de criação. Janne entendeu o poder da impressão 3D em termos de um facilitador de negócios. Ele foi capaz de estabelecer uma empresa que vende produtos geometricamente complexos que antes eram impensáveis, sem a necessidade de qualquer investimento inicial em ferramental. Através da internet, ele conseguiu vender produtos quase antes mesmo de serem fabricados, obtendo pequenos lotes produzidos sob demanda por empresas terceirizadas que haviam investido na tecnologia de impressão 3D para atender a indústria de RP.

Outras empresas, como a Materialize MGX, logo começaram a agregar produtos de interiores impressos em 3D de vários designers e os comercializaram por meio de varejistas de interiores mais tradicionais. Outros designers de produtos de impressão 3D, como Lionel Dean, da Future Factories, fizeram parceria com fabricantes de interiores existentes, como a iluminação Kundalini na Itália, usando seus canais para levar produtos impressos em 3D para o mercado.

E como está sendo usado por arquitetos?

No momento, a impressão 3D ainda é uma ferramenta de prototipagem rápida para arquitetos. À medida que mais e mais arquitetos transitam do software 2D CAD (Computer Aided Design) para o software CAD 3D, eles conseguiram explorar o vínculo entre o CAD 3D e a impressão 3D. Agora, os arquitetos estão produzindo regularmente modelos muito detalhados de prédios, interiores, planos de obras em 3D e até mesmo planos mestres completos para redesenvolvimento, possibilitados pela vinculação da impressão 3D com a digitalização topológica e dados de satélite. É até possível extrair dados de uma área geográfica específica do Google Earth e imprimir em 3D isso como uma ajuda para o planejamento mestre.

Estamos vendo agora algumas empresas desenvolvendo tecnologia 3D especificamente para a indústria da construção, como a D-Shape.A D-shape desenvolveu um sistema de impressão 3D em larga escala que utiliza pó de mármore recuperado ou areia, que é consolidada por jateamento de um aglutinante no material. A D-Shape está agora produzindo produtos arquitetônicos relativamente grandes (cerca de 5 milhões de metros), como gazebos, quiosques, bancos de jardim e móveis. Outros grupos de pesquisa estão buscando ampliar a impressão 3D para a produção de edifícios inteiros, mas acho que isso está a uma ou duas décadas de ser uma realidade, se é que existe.

Até que ponto as tendências de mercado e as expectativas dos consumidores estão impulsionando a impressão 3D?

Há certamente muito interesse e entusiasmo em torno do 3DP no momento. Por um lado isso é bom. No entanto, por outro lado, temos que ter cuidado para não exagerar nas capacidades da tecnologia. A tecnologia tem sido muito boa em responder a algumas tendências do mercado, como o mercado para capas de celular mais estilísticas e individuais. A tecnologia também respondeu ao crescimento dos jogos de computador on-line e das redes sociais, permitindo que personagens e avatares de jogos on-line sejam transformados em produtos tangíveis, porém personalizados.

Mas ainda existem limitações em termos de capacidade econômica e material do processo. Existe a expectativa de que um dia a impressão 3D possa imprimir praticamente qualquer coisa, mesmo em casa, de potes e panelas, a partes quebradas de máquinas de lavar, chuveiros ou controle remoto da TV. A realidade é que estamos a anos de distância de tais sistemas. Mas nós já temos sistemas relativamente básicos voltados para o mercado consumidor que são adequados para a fabricação de brinquedos básicos, jogos e curiosidades.

Qual o efeito da impressão 3D nos processos de design e fabricação?

Um dos aspectos mais significativos da impressão 3D é a capacidade de fabricar geometrias complexas com pouca ou nenhuma penalidade de custo. De fato, a impressão 3D é freqüentemente usada para fabricar produtos que são impossíveis de produzir usando processos tradicionais, como moldagem por injeção de plástico. Os designers estão explorando essa flexibilidade geométrica, permitindo níveis cada vez maiores de diferenciação de produto. No final, nenhum produto 3DP precisa ser o mesmo.

Esta produção em lote de unidade única também é um impulsionador convincente para a comunidade de manufatura. No passado, a economia da manufatura sempre se baseava na produção de componentes suficientes para cobrir os custos de ativos fixos, como as ferramentas de moldes. Mas uma vez que você tira a necessidade das ferramentas de molde, o modelo econômico muda drasticamente.

O processo de impressão 3D apresenta alguns benefícios reais no que diz respeito à cadeia de suprimentos. Você pode explicar esses benefícios?

A impressão 3D não é apenas uma tecnologia disruptiva usada para substituir moldagem, fundição ou usinagem, é uma tecnologia capacitadora que permite às empresas pensar diferentemente sobre suas cadeias de suprimentos e, mais importante, a cadeia de valor e a interação com os clientes em seus negócios. Existem realmente seis benefícios principais em toda essa cadeia de valor que resultam da implementação da impressão 3D.

  • Fabricação digital e sem ferramentas - permitindo aumento dos níveis de variação do produto e menor produção econômica de lotes para suportar tendências geográficas, demográficas ou sociais específicas
  • Explorando liberdades de projeto - permitindo a produção de produtos com níveis crescentes de complexidade geométrica, com pouca ou nenhuma penalidade de custo
  • Habilitando a personalização do produto - acoplando produção de baixo volume em tamanhos de lote de um com geometria complexa para realizar produtos individualizados
  • Oferecendo novas experiências no varejo - envolvendo o consumidor na experiência de design de produto por meio do acesso on-line ou na loja a ferramentas de software intuitivas ou digitalização em 3D
  • Abordando mercados emergentes - acoplando a personalização de produtos com acessibilidade de varejo para uma população em processo de envelhecimento e em mudança
  • Esverdear a cadeia de suprimentos - reduzindo a retenção de estoque, mitigando o desperdício de embalagens, reduzindo a logística e reduzindo a produção de CO2

Com efeito, a impressão 3D pode reorientar totalmente a cadeia de suprimentos, já que coloca o consumidor tanto no backend quanto no front end da cadeia. Os consumidores podem se engajar no design inicial do produto ou podem fazer pedidos sob demanda, com os produtos sendo feitos após a troca de pagamento. A impressão 3D pode permitir tanto uma cadeia de suprimentos ágil e responsiva, como também uma que é enxuta - chamamos de fabricação legalizada.

Quais são as limitações materiais da impressão 3D e que progresso está sendo feito para superar essas limitações?

Como dissemos, ainda temos limitações materiais. Alguns são físicos, outros são econômicos, outros são estéticos e outros são ambientais. Os processos de impressão 3D ainda se esforçam para alcançar as propriedades mecânicas de plásticos moldados ou peças de metal usinadas a partir de sólidos. Mas há muito trabalho acontecendo em laboratórios e universidades em todo o mundo para expandir a gama de materiais e melhorar o que já temos.

Também estamos vendo mais empresas entrando na cadeia de suprimentos de materiais, o que está reduzindo o custo das matérias-primas, o que obviamente influencia a economia das peças finais produzidas. Também estamos vendo melhor definição de cor e transparência, melhorando a estética das peças, juntamente com materiais mais sustentáveis, como polímeros verdes como Nylon 11 e PLA derivados de plantas, em vez de óleo. Ainda temos um longo caminho a percorrer, mas estamos nos movendo rapidamente e indo na direção certa.

Quais são os principais obstáculos para a impressão 3D se tornar uma tecnologia convencional?

Como já dissemos, os materiais são um problema, mas isso pode ser mitigado até certo ponto através do design do produto.A economia também é um problema, pois as máquinas e materiais de impressão 3D de produção são relativamente caros e relativamente lentos, fazendo com que as peças produzidas pareçam mais caras do que aquelas fabricadas por técnicas de produção em massa. No entanto, à medida que os preços dos materiais caem e a produtividade aumenta, a economia da impressão 3D se torna mais aceitável.

A outra limitação principal é o conhecimento. Muitas empresas simplesmente não entendem como usar a impressão 3D ou onde posicioná-la em sua cadeia de valor. Sua atual cadeia de fornecimento de manufatura se sente vulnerável, seus projetistas de produtos não entendem completamente como explorar os benefícios geométricos e suas funções de marketing lutam para entender como integrar a impressão 3D na cadeia de valor do cliente. Acho que é aí que entramos como consultores ajudando as empresas a entender esses problemas, avaliar as tecnologias, desenvolver o caso de negócios e implementar no fluxo de valor.

Com o advento das máquinas de impressão 3D desktop de baixo custo, tem havido rumores de que em breve as teremos em nossas casas. Quão provável é este cenário?

Eu tenho duas máquinas de impressão 3D na minha casa e meus filhos adoram. Mas, novamente, um agente funerário provavelmente tem o estranho caixão de dois na garagem. Sério, o interesse pela impressão 3D em casa tem sido fenomenal nos últimos dois anos, assim como o crescimento de empresas que fabricam máquinas para atender o mercado. A última vez que contamos, encontramos mais de 40 empresas em todo o mundo, produzindo impressoras domésticas de baixo custo. A maioria é baseada no mesmo projeto de código aberto de extrusão de polímero fundido através de um bocal, mas alguns estão usando outras abordagens. No ano passado, cerca de 15.000 impressoras domésticas foram vendidas. Esperamos que esse número esteja mais próximo de 60.000 este ano (talvez mais). Então nem todo lar - apenas ainda.

No momento, a maioria das máquinas domésticas está sendo usada por pessoas interessadas na tecnologia ou interessadas no design de produtos. Estamos vendo cada vez mais pessoas comprando para apoiar seus hobbies, seja fazendo peças de aeronaves controladas remotamente ou até mesmo fazendo iscas de pesca personalizadas. Eles são ótimos do ponto de vista da educação - pegue uma impressora 3D, um pouco de corante de cochonilha, vinagre e bicarbonato de sódio e você terá o melhor trabalho de lição de casa do vulcão "vencedor de classe" de todos os tempos.

Que conselho você daria para empreendedores que desejam explorar a impressão 3D como um possível investimento comercial?

Você precisa conhecer seu mercado, conhecer seus clientes e conhecer suas habilidades. Há muitas oportunidades em toda a cadeia de suprimentos, desde projetar produtos impressos em 3D, vendê-los on-line ou na rua, desenvolver interfaces de software para permitir que outros se envolvam no processo de design, na formulação de novos materiais ou para aqueles com bolsos mais fundos, configurando a capacidade de produção. . Para as empresas, a chave é entender a experiência do cliente e o valor da tecnologia. Para algumas empresas, a impressão 3D é um facilitador silencioso - facilitando a vida das empresas. Para outros, a impressão 3D é o "gancho", a razão pela qual o produto existe, o diferenciador. Depois que as empresas entenderem como a impressão 3D pode agregar valor, elas precisarão entender como usá-la e quando usá-la, mas isso é outra história.

A Freshome gostaria de agradecer ao Dr. Phil Reeves por seus conhecimentos especializados sobre o mundo da impressão 3D. Todas as imagens apresentadas neste artigo são cortesia da Freedom of Creation